История

Валдай: прошлое, настоящее и будущее

Валдай для отечественной и, в немалой степени, мировой гидрологии – особое место на географической карте, средоточие и центр ее научно-методических и экспериментальных разделов на протяжении без малого девяноста лет. Его становление проходило поэтапно от Валдайской стоковой станции (ВСС) к Валдайской научно-исследовательской лаборатории (ВНИГЛ) и в конечном итоге – к Валдайскому филиалу Государственного гидрологического института (ВФ ГГИ).

Начало организации Валдайской стоковой станции было положено Бюро водного баланса и стока ГГИ, возглавляемого Даниилом Львовичем . Соколовским, которое по его предложению в 1931 г. организовало поисковые работы в бассейнах рек Тосны и Луги, а также на Валдае. В 1933 г. было принято решение об организации стоковой станции в районе Валдайской возвышенности.

В начале 1934 г. была обследована река Полометь с притоками и уже весной 1934 г. станция приступила к работе. Были открыты 4 гидроствора, произведены маршрутная и ландшафтная снегосъёмки в бассейне р. Поломети, установлено 5 осадкомеров и 5 пунктов наблюдений за уровнем грунтовых вод. К концу лета 1935 г. завершается обследование района и определяются границы территории исследований, площадь которой составила около 5 000 кв. км.

Контора станции размещалась тогда в г. Валдай в доме № 12 по ул. Ломоносова. Только в 1936 г. Валдайский Горисполком выделяет в аренду сроком на 10 лет живописную фруктовую усадьбу с домом, ранее принадлежавшую помещику Вахрушеву, и соседний земельный участок, площадью около 6 га.

В 1936 г. исследования Валдайской станции продолжают разворачиваться: организуются стоковые площадки в бассейне лога Приусадебного, производятся наблюдения над испарением с поверхности почвы и водной поверхности, влажностью почвы, снежным покровом, температурой воды в озере, наблюдения над ледовым покровом, испарением с поверхности снега и льда, а также метеорологические наблюдения.

При таком широком комплексе работ основной штат насчитывает всего 5 человек и состоит из заведующего, его помощника, двух геологов и техника, не считая нескольких наблюдателей водомерных постов.

В середине 1936 года в штат станции зачисляется А.И. Решетников, который становится руководителем гидрологических работ. По его инициативе значительное развитие получили исследования процессов формирования стока и были начаты работы по изучению влияния леса на сток. Организуются наблюдения за стоком на 7 логах и ручьях в районе г. Валдая, в д. Усадье, д. Мосолино и на 13 стоковых площадках.

В 1938 г. начинаются наблюдения на логу Таёжном. Штат станции к тому времени насчитывает уже 8 человек инженерно-технического состава и 10 человек рабочих и наблюдателей.

Следует отметить постоянное осуществление научного руководства со стороны ведущих сотрудников ГГИ на организационном этапе, а также их большой вклад в разработку программы и проведение экспериментальных исследований непосредственно на станции. Здесь в первую очередь необходимо вспомнить Д. Л. Соколовского, М. И. Львовича, А. Д. Дубаха, О. А. Спенглера, В. И. Рутковского, С. И. Каплана, К. Ф. Козина, И. О. Нови. Трое последних назначались директорами станции.

В подготовке плана работ на 1941 г. принимали участие заместитель директора ГГИ В. А. Урываев и начальник сектора прогнозов М. И. Львович. Этот план по сравнению с предыдущими был конкретно направлен на расширение исследований элементов водного баланса. Готовятся два научных обобщения уже выполненных исследований. Однако начавшаяся война помешала их осуществлению.

На время войны на станции оставался всего лишь один её сотрудник – М. В. Филимонов, сохранивший для будущих работ по ее восстановлению многие ценности. Большая часть имущества и архив станции были направлены в г. Молотов (Пермь) на гидрологическую станцию, откуда возвратились только в 1946-47 г. Из приборов на станции остался один нивелир и гидрометрическая вертушка. В течение войны ВСС находится в постоянном контакте с фронтовым Отделением Гидрометслужбы, базировавшимся вблизи г. Валдай, оказывая помощь имевшимся в её распоряжении техническим инвентарём, а также данными наблюдений по метеостанции «Валдай».

В 1944 году дирекция ГГИ принимает решение о восстановлении ВГС как базы полевых исследований ГГИ. Весной 1945 года были утверждены штаты ВГС в составе 16 человек и началось ее восстановление, поскольку все полевые и измерительные устройства за время войны пришли в негодность.

Строительство научных, хозяйственных и бытовых объектов продолжается несколько лет. К концу 1949 г. оно в основном завершается, и в 1950 г. Валдайская стоковая станция, которая к этому времени превратилась в важную экспериментальную базу, реорганизуется в научно-исследовательскую гидрологическую лабораторию (ВНИГЛ). Впоследствии, в 1969 г. ВНИГЛ присваивается имя В. А. Урываева, который все эти годы был научным руководителем ВНИГЛ. Здесь он начал практическое воплощение идеи, высказанной в статье «Роль эксперимента в науке», о необходимости создания полевых экспериментальных исследований на малых водосборах (логах, ручьях), на которых как на моделях можно было изучать сложную природу речного стока. Здесь фотография В. А. Урываева

Совместно с сотрудниками ВНИГЛ работают ведущие специалисты ГГИ – П. П. Кузьмин, В. Ф. Пушкарёв, О. В. Попов, М. И. Гуревич, П. П. Воронков и многие другие. Первое обобщение итогов экспериментальных исследований ВНИГЛ было сделано в монографии В.А. Урываева «Экспериментальные гидрологические исследования на Валдае» (1953 г.), в которой на основании полученного опыта были сформулированы основные принципы развития отечественной экспериментальной гидрологии. Год спустя выходит «Руководство стоковым станциям», основанное на опыте работы ВНИГЛ. В подготовке «Руководства» наряду с сотрудниками ГГИ принимали участие учёные ВНИГЛ В. И. Кузнецов, П. А. Урываев, И. С. Шпак, А. К. Филиппова, С. Ф. Фёдоров.

«Урываевский» период в работе ВНИГЛ ознаменовался созданием целого ряда эталонов для измерения составляющих водного баланса: большого гидравлического испарителя для оценки испарения с поверхности почвы, испарительного бассейна площадью 20 м² для определения испарения с поверхности воды. На их основе были разработаны сетевые испарители ГГИ-500 и ГГИ 3000. Тогда же был создан плювиограф П-2, плавучая испарительная установка со средствами дистанционной передачи информации, внедрены различные типы расходомеров для измерения стока воды на малых водотоках, создан осадкомерный полигон, для оценки инфильтрации применялись дождевальные установки.

Богатый опыт проведения гидрологических наблюдений и исследований, накопленный ВНИГЛ, вошел в выпущенное ЮНЕСКО в 1971 г. под редакцией К. Тоубса и В. А. Урываева международное руководство «Репрезентативные и экспериментальные водосборы».

В 60–е – 80–е гг. экспериментальные исследования ВНИГЛ охватывают уже практически все звенья гидрологического цикла в их взаимосвязи: режим стока, атмосферные осадки, снежный покров и снеготаяние, испарение с водной поверхности и поверхности различных угодий, воды зоны аэрации, подземные воды. Наблюдения проводятся на стоковых площадках, опытных водосборах, специальных установках и полигонах.

Появляются новые научные направления, такие как изучение русловых процессов, воднобалансовые и агроводнобалансовые исследования, автоматизация наблюдений и разработка методов дистанционных измерений элементов гидрологического цикла. Для решения этих новых задач создаются осадкомерный и агроводнобалансовый полигоны, водосбор с искусственным лесонасаждением, лаборатория изотопов, телеметрии, наносов, мерзлотная, передвижная русловая эстакада, гидравлические испарители, установки радиолокационная, градиентная, лизиметрические в поле и в лесу, оборудуются новые гидростворы, воднобалансовые и стоковые площадки. Открывается музей гидрологических приборов.

В 1980 г. ВНИГЛ преобразуется в Валдайский филиал ГГИ. Это время можно характеризовать как период расцвета экспериментальной гидрологии.

Исследования процессов формирования склонового стока на стоковых площадках и воднобалансовых площадках, выполненные под руководством П. А. Урываева и И. Б. Вольфцуна, дают возможность выявить ряд факторов, определяющих величину стока весеннего половодья, таких, как экспозиция, длина и вид поверхности склона, состав почво-грунтов, глубина их промерзания и степень увлажнения. Получены количественные характеристики влияния этих факторов на сток. Проводится также активный эксперимент, когда, в зависимости от его целей, меняются условия формирования стока.

В результате изучения стока и водного баланса водосборов (Вольфцун, Крестовский, Фёдоров) выявляются основные факторы годового, сезонного, максимального и минимального стока с полевых и лесных водосборов. Определяются количественные соотношения элементов водного баланса и проводится оценка погрешности их определения.

Большой комплекс многолетних экспериментальных исследований ведётся под руководством С. Ф. Фёдорова, О. И. Крестовского, С. В. Марунича для изучения влияния леса, его вырубки и лесовозобновления на сток и другие элементы гидрометеорологического режима – осадки, испарение, режим влаги в почвенно-грунтовой толще. Для этой цели организованы воднобалансовые наблюдения на экспериментальных бассейнах в Валдайском и Крестецком районах. Особо следует упомянуть полувековой эксперимент лесонасаждения на водосборе лога Синяя Гнилка.

На осадкомерном полигоне В. С. Голубевым проводится детальное изучение работы различных типов отечественных и зарубежных осадкомерных приборов и установок для оценки точности учёта жидких и твёрдых осадков, разработки конструкции эталонного осадкомера. В 1998 году, после аттестации, Валдайской контрольной системе измерения атмосферных осадков был присвоен статус «Эталонный комплекс единицы измерения атмосферных осадков» ВМО. Группа учёных института за работу «Оценка погрешностей измерения атмосферных осадков Валдайской контрольной системой» была удостоена премии имени профессора Вилхо Вайсала за 1998 г. – высшей награды ВМО по приборам и методам измерения.

ля учёта фактора пространственной изменчивости поля осадков организуется автоматизированный радиолокационный комплекс со специальной наземной осадкомерной сетью в пределах верхнего течения р. Поломети. Работы проводятся под руководством Н.А. Ливановой. На основе данных этого комплекса разрабатываются математические модели формирования дождевого стока.

Исследования испарения с водной поверхности (Кузнецов В. И., Константинов А. Р., Голубев В. С., Фёдорова Т. Г., Кокорева К. М.) направлены на изучение как самого процесса и обусловливающих его факторов, так и на разработку и усовершенствование методики расчёта и обобщение экспериментальных и сетевых данных наблюдений. Исследуется влияние на показания испарителей их площади, глубины, способа установки, тепловой изоляции, защищённости от ветра, наличия водной растительности, нефтяной и мономолекулярной пленки, а также процессы испарения с промышленных стоков и рассолов. Изучение пространственной неравномерности испарения с водной поверхности ведётся на водно-испарительной станции, состоящей из трёх испарительных бассейнов площадью 20 кв. м., один из которых расположен на акватории озера (плавучий испаритель) и два – в береговой зоне на различном удалении от озера. В результате обобщения полученных экспериментальных данных, а также материалов наблюдения сети водноиспарительных станций построена карта среднемноголетних величин испарения с водноиспарительных бассейнов площадью 20 кв. м. для территории Советского союза, даны рекомендации для Технических указаний по расчёту испарения с поверхности водоёмов.

Изучение испарения с почвы проводится на испарителях различного размера и лизиметрических установках для различных подстилающих поверхностей, типов грунта, разных глубин залегания уровня грунтовых вод. Исследования развиваются в направлении оценки работы различных типов испарителей и точности их показаний применительно к разработке стандартных сетевых приборов, методики производства наблюдений и определения норм испарения. В результате этих работ определены основные факторы, влияющие на испарение, получены величины испарения с различных сельскохозяйственных культур и типов почвы в районе Валдая, разработана методика определения норм испарения с различных видов сельхозкультур по стандартным сетевым наблюдениям. Здесь следует отметить вклад В. Ф. Пушкарёва, П. П. Кузьмина, А. Р. Константинова, С. Ф. Фёдорова.

Под руководством В. В. Рогоцкого на специально созданном агроводнобалансовом полигоне проводятся исследования водного и теплового баланса мелиоративных земель, имеющие своей целью разработку практических рекомендаций по гидрологическому обоснованию мелиоративных осушительно-увлажнительных мероприятий в Нечерноземной зоне. Получены данные по всем элементам водного баланса сельскохозяйственного поля и оценены вероятные ошибки их определения. Доказана возможность распространения воднобалансовых соотношений, полученных для участка склона, на лог и малый речной водосбор.

Для изучения русловых процессов и режима взвешенных и влекомых наносов во ВНИГЛ создаётся русловая станция на реке Полометь (с. Яжелбицы) со специально сконструированной передвижной установкой, позволяющей измерять перемещение песчаных гряд непосредственно в русле. Уникальные исследования руслового процесса были выполнены по всей длине реки Поломети под руководством Ю. М. Корчохи, А. Б. Клавена и В. А. Виноградова. Выявлены основные причины и характер деформаций речного русла, изучен механизм формирования песчаных гряд, оценены величины стока взвешенных наносов в различные фазы водного режима, выявлен характер изменений твёрдого стока по длине реки. В последние годы выявлены ранее неизвестные формы транспорта наносов – нерегулярные большие их скопления, которые, перемещаясь по длине реки, оказывают существенное влияние на пропускную способность русла и другие элементы гидрологического режима.

В мерзлотной лаборатории Капотовым А. А. проводятся исследования водопроницаемости почво-грунтов в зависимости от степени их промерзания применительно к изучению формирования и прогнозу стока весеннего половодья. С использованием многолетних полевых исследований ВФ ГГИ, работ Вятской экспедиции ГГИ, а также материалов наблюдений сети агрометстанций различных областей для территории Нечерноземной зоны получены карты-схемы основных водно-физических параметров почво-грунта, используемых в гидрологических расчётах и прогнозах стока.

С целью расчёта водного баланса почвенно-грунтовой толщи водосборов ВНИГЛ Капотовой Н. И. выполнен комплекс экспериментов по изучению водоотдачи водоносных грунтов на монолитах различных размеров с ненарушенной структурой грунта. Оценена роль грунтовых вод в формировании стока и водного баланса водосборов Северо-Запада.

На склоне долины р. Поломети в районе с. Яжелбицы, а также на специализированном участке эрозионных исследований у с. Княжово, Кокоревым А.В. проводится экспериментальное изучение эрозии почвы путём измерения объёмов эрозионных водороин, образующихся на склонах под действием потоков талых и дождевых вод.

Под руководством А. П. Урываева и А. В. Кокорева исследуется влияние Волховской ГЭС на расходно-уровенный режим природного комплекса оз. Ильмень – р. Волхов. Даны рекомендации Минводхозу по регламенту работы Волховской ГЭС.

Шутовым В. А. организуется активный эксперимент на стоковых площадках по изучению гидрометеорологического эффекта мероприятий по снегозадержанию на водный баланс склона.

Озёрной группой (И. В. Недогарко, Ю. Н. Кузнецова, Ф. Ю. Решетников) в течение более чем 40 лет осуществляется мониторинг озёр Валдайское и Ужин. Благодаря этим исследованиям и постоянной работе сотрудников филиала в городских властных и общественных организациях в 70–х – 80–х гг. удалось избежать катастрофического загрязнения Валдайского озера и значительно улучшить его экологическое состояние.

Почти по каждому направлению исследования проводятся совместно с сотрудниками  ГГИ. В эти десятилетия наибольший интерес к филиалу проявили и проявляют А. Б. Клавен, З. Д. Копалиани, И. Л. Калюжный, Т. Н. Филатова, Д. А. Коновалов, Г. В. Рымша.

В 1992 г. при участии С.В. Завилейского, Б.Л.Соколова и М.Л. Маркова впервые в отечественной экспериментальной гидрологии с помощью специально разработанной автоматизированной системы сбора и обработки информации  с использованием гидрометрических, гидрофизических и изотопных методов проведен комплекс наблюдений за гидрометеорологическими  и гидрогеологическими явлениями, связанными с процессом формирования подземной составляющей речного стока на малом водосборе (лог Усадьвский А = 0,36 км²). Анализ полученной уникальной информации выявил ряд новых пространственно-временных закономерностей формирования речного стока на малых водосборах. 

Одновременно с выполнением экспериментальных работ осуществляется поиск путей усовершенствования методов наблюдений, разработка специальной аппаратуры и перевод научных установок на автоматические и дистанционные измерения. Постоянно проводилось испытание и внедрение новых приборов и оборудования (Зотимов Н. В., Пиотровский А. В., Осис В. Н.).

Силами лаборатории или при её активном участии проводятся экспедиционные работы по изучению снежного покрова, формированию весеннего половодья в бассейне реки Шелонь, применению радиоактивного и аэрогамма-снегомерного метода измерения запасов воды в снеге, экспедиция в бассейне р. Москвы, «солевая» экспедиция в Псковской области по изучению выноса минеральных удобрений с сельскохозяйственных полей и другие. Накопленные в экспедициях материалы позволили получить выводы о закономерностях формирования водного режима на значительной территории и подтвердили репрезентативность данных наблюдений ВНИГЛ для территории Нечерноземной зоны протяжённостью от Прибалтики до Урала.

Высокий научный уровень персонала, широта охвата всех звеньев гидрологического цикла, хорошее техническое оснащение и тщательность производства экспериментов принесли филиалу широкую известность в нашей стране и во всём мире. Многие научно-исследовательские учреждения, от лабораторий до Университетов, стремятся работать совместно с филиалом в формах творческого содружества, взаимных консультаций, обмена материалами экспериментальных гидрологических исследований. Филиал превращается в крупный научно-методический и учебный центр.

Выполняется научно-методическое руководство воднобалансовыми и агроводнобалансовыми станциями, парными бассейнами, наблюдениями за элементами гидрологического цикла на сети Гидрометслужбы. Руководство осуществляется в форме инспекций, научной экспертизы материалов наблюдений, консультаций, организации стажировок и курсов повышения квалификации специалистов УГМС и специализированной сети, а также подготовки методических пособий – Руководств, Указаний, Наставлений, Правил. Регулярно проводятся междуведомственные совещания и семинары, в том числе несколько международных.

В учебные задачи входит использование объектов филиала в качестве базы для обучения гидрологов. Предусматривается учебная и производственная практика студентов ВУЗов и техникумов, проведение экспериментальных исследований аспирантами при подготовке диссертаций. Начиная с 1948 года, в течение 60 лет, в филиале побывали около 8 000 студентов. В 1996 г. Валдайский филиал ГГИ получил статус Международного научного и учебного центра по гидроэкологии.

Филиал посетили свыше 600 иностранных специалистов-гидрологов из 52 стран. В книге отзывов одна из первых иностранных делегаций, посетивших ВФ ГГИ, записала:

«Здесь мы увидели воплощение мечтаний всех тех гидрологов, которые располагают лишь ограниченными возможностями и не могут посвятить долголетним исследованиям много интеллектуальных и материальных сил. Мы поражены размахом исследований, выполняющихся в этом центре».

Результаты экспериментальных исследований филиала обобщаются в виде научно-технических отчётов, статей, диссертаций, монографий. К настоящему времени опубликовано более 20 сборников Трудов ГГИ «Экспериментальные гидрологические исследования на Валдае» и 8 монографий. Сотрудниками филиала подготовлено 16 кандидатских и 1 докторская диссертация.

Изменения, происходящие в стране в начале 90 –х гг. не могли не коснуться и филиала. Заканчивается период расцвета экспериментальных исследований и начинается новый, который можно назвать постперестроечным.

Сокращается численность персонала. Если в период расцвета штат насчитывал 250-300 чел., в 1988-1990 гг. – 150-160, то в 1992 г. он резко уменьшается, и с тех пор по настоящее время колеблется в пределах 50-60 сотрудников, в большинстве своем представляющих вспомогательный персонал. Сокращается и количество научных тем с 10-12 до 2-3–х, а также число научных объектов и объём наблюдений.

Наиболее тяжёлый период в жизни филиала приходится на середину 90–х годов, когда в течение длительного времени не выплачивалась зарплата, ветшали экспериментальные установки, уходили из филиала некоторые научные сотрудники и инженеры. Однако филиал под руководством Марунича Сергея Викторовича в это тяжелое время не только сохранился, но и получил развитие, благодаря энтузиазму всех сотрудников от гидрометнаблюдателей до директора. Хочется особо отметить следующих сотрудников с чьими именами в первую очередь связан этот период: Кокорев Александр Валентинович, в эти коды определял научную деятельность филиала, был автором целой серии прикладных инженерно-гидрологических программных средств которыми пользуются инженеры гидрологи и по настоящее время, был бессменным хранителем музея гидрологических приборов на протяжении нескольких десятилетий; Недогарко Игорь Васильевич сохранивший озерный отдел, мониторинговые работы по Валдайским озерам обобщил все материалы по Валдайскому озеру с конца XIX века, которые были изданы в виде монографии; Марунич Сергей Викторович, сохранивший коллектив, экспериментальные объекты, совместно с Федоровым С. Ф. является одним из авторов изданной в Германии монографии по лесной гидрологии; Капотов Анатолий Анатольевич, договорная деятельность которого в эти сложные годы помогла финансово поддержать не только многих сотрудников но и филиал; сотрудники ФГБУ «ГГИ», принимавшие деятельное участие в сохранении филиала в эти годы: Шикломанов И. А., Завилейский С. В., Копалиани З. Д., Клавен А. Б.,Марков М. Л., Рымша Г. В., Коновалов Д. А., Голубев В. С., Протасов Э. П., Шаромов М. Ю., Левина В. Г. Внимание и поддержку филиалу в эти и последующие годы со стороны Росгидромета оказывал Блинов Виктор Георгиевич. Благодаря его пониманию необходимости сохранения и развития экспериментальной гидрологии филиал преодолел сложные времена.

В настоящее время ВФ ГГИ сохраняет действующие экспериментальные объекты,  новую жизнь получила лесная градиентная установка, прошел государственные испытания и введен в эксплуатацию первый метеорологический радиолокатор нового поколения, в рамках модернизации ВБС автоматизированы гидрологические посты и основные объекты с доступом к большинству данных в реальном времени, предпринимаются шаги по восстановлению полного комплекса тепло- и воднобалансовых наблюдений. Основные усилия на современном этапе предполагается направить на более углубленное изучение процессов взаимодействия поверхностных и подземных вод. ВФ ГГИ по-прежнему обладает значительным потенциалом для проведения экспериментальных гидрологических и сопряженных с ними исследований. Восстановлена практика студентов.

Институт и его Валдайский филиал приглашает гидрологическое сообщество и специалистов смежных наук о Земле шире использовать возможности ВФ ГГИ для проведения полевых исследований и экспериментов.